Bài giảng Thiết kế bê tông cốt thép - Chương 10: Tính toán kết cấu bê tông cốt thép thường

Nội dung text: Bài giảng Thiết kế bê tông cốt thép - Chương 10: Tính toán kết cấu bê tông cốt thép thường

1. CHCHƯƠƯƠNGNG 10:10: TTÍÍNHNH TOTOÁÁNN KKẾẾTT CCẤẤUU BÊBÊ TÔNGTÔNG CCỐỐTT THTHÉÉPP THTHƯƯỜỜNGNG
2. 10.1.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH TOÁN K/C BTCT I.Các giai đoạn về trạng thái ứng suất và biến dạng: Xét một tiết diện vuông góc trục dầm của cấu kiện chịu uốn, có thể chia các giai đoạn hình thành trạng thái ứng suất biến dạng như sau: σb σb σb Ru σa R σa σa a Rk Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3
3. Để đơn giản cho tính toán → các biểu đồ ứng suất: G/đ I G/đ II G/đ III σb σb Ru σa σa Ra Rk II.Tính toán kết cấu theo các TTGH: +Trạng thái giới hạn I : S ≤ [S] +Trạng thái giới hạn II : f ≤ [ f ] +Trạng thái giới hạn III : Δ≤[Δ]
4. 10.2.TÍNH TOÁN CƯỜNG ĐỘ CỦA DẦM THEO M I. Xác định lượng cốt thép của dầm chủ: + Xác định sơ bộ chiều cao làm việc của dầm chủ: M max h0 = 4.773 ρ.ψ .Rt Trong đó: ρ : hàm lượng cốt thép trong dầm lấy sơ bộ như sau: ρ = 3-5%: dầm lắp ghép, cốt thép dạng khung hàn ρ = 2-3%: cốt thép rời, có mở rộng bầu dầm ρ = 1-2%: cốt thép rời, không mở rộng bầu dầm
5. ψ = b/ho : được lấy sơ bộ như sau ψ = 0.12 - 0.2 : Cốt thép dạng khung hàn ψ = 0.25 - 0.5 : Cốt thép dạng rời Diện tích cốt thép cần thiết: M max Ft = z.Rt Trong đó: z : cánh tay đòn của nội ngẫu lực lấy gầm đúng bằng: z = ho –0.5hc hc : chiều dày của cánh dầm (bản mặt cầu)
6. II.Tính toán cường độ theo M -Xét tiết diện dầm như hình vẽ, khi kiểm tra cường độ, ta xét tiết diện làm việc lúc bị phá hoại (giai đoạn 3) t bc a' F't x Ru.bc.x Rt.F't c h 0 h b R .F at t t 1.Trường hợp 1: (*) thỏa → trục trung hòa đi qua cánh ' ' M ≤ Ru .bc .hc .(ho − 0.5hc ) + Rt .Ft .(ho − at ) (*) → Tiết diện tính toán có dạng hình chữ nhật
7. ' ' Rt .Ft − Rt .Ft Ru .bc .x + Rt .Ft − Rt .Ft = 0 → x = Ru .bc ' ' → M p = Ru .bc .x.(ho − 0.5x) + Rt .Ft .(ho − at ) Điều kiện bền: M ≤ Mp 2.Trường hợp 1: (*) không thỏa → trục trung hòa đi qua sườn dầm → Tiết diện tính toán có dạng chữ T t bc a' Rlt.(b -b).h F't Ru.bc.x c c Rt.F't x 0 h b Rt.Ft at
8. ' Ru .b.x + Rlt .(bc − b).hc + Rt .Ft − Rt .Ft = 0 R .F − R .F ' − R .(b − b).h → x = t t t t lt c c Ru .b ' ' → M p = Ru .b.x.(ho − 0.5x) + Rt .Ft .(ho − at ) + Rlt .(bc − b).hc .(ho − 0.5hc ) Điều kiện bền: M ≤ Mp Chú ý: -Dựa vào thực nghiệm cho thấy rằng, các công thức trên chỉ đúng khi thỏa ĐK : x ≤ 0.55ho
9. 10.3.TÍNH TOÁN DẦM THEO Q I.Kiểm tra ứng suất kéo chính tại trục trung hòa (TTGH3) σ σ Q .S σ = ± ( )2 +τ 2 =τ = td ≤ R Trong đó: kc 2 2 J.b kc Qtd: lực cắt tính đổi đi qua điểm cuối của tiết diện nghiên tgα Qtd = Q ± M ho Dấu (-): khi chiều cao dầm tăng cùng chiều với M về giá trị tuyệt đối (thường gặp ở dầm liên tục, mút thừa ) Dấu (+): ứng với chiều cao giảm. α : góc nghiên biên dầm so với phương nằm ngang
10. S: mô men tĩnh của ½ tiết diện đối với trục trung hòa J: mô men quán tính chính của tiết diện b: bề rộng sườn dầm Rkc : cường độ chịu kéo tính toán của BT (tra bảng) ho : chiều cao làm, việc của dầm M,Q : nội lực tiêu chuẩn tại điểm cuối của TD nghiên Chú ý: Ứng suất kéo chính cần được kiểm tra tại gối, tại vị trí có sự thay đổi bề dày sườn dầm
11. II.Kiểm tra ứng suất tiếp vị trí tiếp giáp nách với bản cánh chịu nén 0.75.τ.b Công thức kiểm tra: ≤ R ⎛ S ⎞ kc h .⎜1+ w1 ⎟ c ⎜ S ⎟ Trong đó: ⎝ w1 ⎠ τ: ứng suất tiếp max tại trục trung hòa của tiết diện W Sw1,Sw2 : mô men tĩnh của 2 c h phần diện tích x W1 W1,W2 đối với b trục trung hòa
12. III.Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiên theo lực cắt: Thông thường kiểm tra tại các tiết diện nghiên như sau I II III Tiết diện I-I: đi qua sát mép trong gối, hoặc tại vị trí có sự thay đổi tiết diện. Tiết diện II-II & III-III: vị trí có sự thay đổi mật độ bố trí cốt đai
13. u Các công thức kiểm tra: Qb α Xét tiết diện nghiên RtFx1 như hình vẽ bên: RtFd Q RtFx2 RtFx3 → Điều kiện bền của TD: c Q + p.c ≤ Rt .(mx .∑ Fx .Sinα + md .∑ Fd ) + Qb (*) Trong đó: p: lấy gần đúng bằng ½ trọng lượng dầm/1m dài 2 Qb = 0.15Ru.b.ho /c : khả năng chịu cắt của BT trong phạm vi của tiết diện nghiên mx,mđ = 0.8: cốt thép thanh; = 0.7: cốt thép sợi
14. u Gọi qđ: lực dọc Qb trong cốt đai/đơn α vị dài của dầm mđ .Fđ .Rt RtFx1 qđ = RtFd Q μ R F t x2 Thay tất cả vào RtFx3 c (*) ta được: 0.15R .b.h2 Q ≤ R .m . F .Sinα + (q − p).c + u o − q .μ () t x ∑ x đ c đ 2 dQ 0.15Ru .b.ho = 0 ⇒ co = dc qđ − p Khi kiểm tra ta xác định co và kiểm tra theo ( )
15. Chú ý: Trong một số t/hợp sau →không cần kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiên: +Bản có TD đặc thỏa ĐK : Q ≤ b.ho.Rkc +Ứng suất kéo chính (mục I): σkc ≤ 0.7Rkc II.Tính toán cốt đai & cốt xiên Thông thường bố trí cốt đai, cốt xiên theo ĐK cấu tạo → Kiểm tra cường độ trên tiết diện nghiên theo trình tự sau Bố trí μđai; μxiên → tính qđai; Qb → tính Co → Kiểm tra Cường độ tiết diện nghiên.
16. 10.4.TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CHỐNG NỨT CỦA DẦM Công thức kiểm tra: Δ≤[Δ] [Δ] : Bề rộng khe nứt cho phép [Δ] = 0.02cm : Tổ hợp chính [Δ] = 0.025cm: Tổ hợp phụ *Xác định bề rộng khe nứt do tải trọng gây ra (Δ): +Đối với cốt thép trơn: σ t Δ = 0.5 ψ 1.Rr Et +Đối với cốt thép có gờ, cốt xiên: σ t Δ = 3.0 ψ 2 Rr . Et
17. Trong đó: σ : ứng suất trong cốt thép tại vị trí tính toán ψ1ψ2: các hệ số xét đến ả/h MMáácc BTBT ψψ1 ψψ2 của BT vùng kéo đến biến ≤≤250250 0.90.9 0.60.6 dạng của cốt thép (tra bảng) ≥≥300300 0.70.7 0.50.5 Rr: bán kính ả/h của cốt thép, dùng để xác định khoảng cách giữa các khe nứt. Khi tính với cốt dọc: Fr Rr = β (n1.d1 + n2 .d 2 + + ni .di )
18. Fr: diện tích miền tác dụng tương hổ giữa cốt thép và bê tông thông qua lực dính (cm2) b b Fr Fr d d 6 6 = r = r Fhcuối≥0.5ΣF Fhcuối 4
19. n1,n2 ni: số thanh cốt dọc tương ứng với đk d1,d2 di *Khi tính với cốt xiên: ' Fr Rr = nx .d x + nd .d d .cosα + n1.d1 F’r: diện tích miền tác dụng tương hổ giữa cốt thép và bê tông khi kiểm tra bề rộng khe nứt nghiên (cm2)
20. F’r = μ’.b μ’: Chiều dài của TD nghiên thẳng góc với cốt xiên nằm giữa hai cánh dầm b α α μ nx,nd n1: số thanh cốt xiên, cốt đai, cốt dọc tương ứng với đường kính thép dx,dd d1 cắt qua tiết diện nghiên tính toán